【面试专题】Android屏幕刷新机制

这个问题在其他人整理的面试宝典中也有提及，一般来说都是问View的刷新，基本上从ViewRootImpl的scheduleTraversals()方法开始讲就可以了。之前看别人面试斗鱼的面经，被问到了Android屏幕刷新机制、双缓冲、三缓冲、黄油计划，然后我面网易云的时候也确实被问到了这个题目。

屏幕刷新这一整套，你把我这篇文章里的内容讲清楚了，肯定ok了。网易云还附加问了我CPU和GPU怎么交换绘制数据的，这个我个人认为完全是加分题了，我答不出来，感兴趣的小伙伴可以去看一看，你要是能说清楚，肯定能让面试官眼前一亮。

双缓冲

在讲双缓冲这个概念之前，先来了解一些基础知识。

显示系统基础

在一个典型的显示系统中，一般包括CPU、GPU、Display三个部分， CPU负责计算帧数据，把计算好的数据交给GPU， GPU会对图形数据进行渲染，渲染好后放到buffer(图像缓冲区)里存起来，然后Display(屏幕或显示器)负责把buffer里的数 据呈现到屏幕上。

• 画面撕裂

屏幕刷新频是固定的，比如每16.6ms从buffer取数据显示完一帧，理想情况下帧率和刷新频率保持一致，即每绘制完成一 帧，显示器显示一帧。但是CPU/GPU写数据是不可控的，所以会出现buffer里有些数据根本没显示出来就被重写了，即 buffer里的数据可能是来自不同的帧的。当屏幕刷新时，此时它并不知道buffer的状态，因此从buffer抓取的帧并不是完整的一帧画面，即出现画面撕裂。

简单说就是Display在显示的过程中，buffer内数据被CPU/GPU修改，导致画面撕裂。

那咋解决画面撕裂呢? 答案是使用双缓冲。

双缓冲

由于图像绘制和屏幕读取 使用的是同个buffer，所以屏幕刷新时可能读取到的是不完整的一帧画面。

双缓冲，让绘制和显示器拥有各自的buffer：GPU 始终将完成的一帧图像数据写入到 Back Buffer，而显示器使用 Frame Buffer，当屏幕刷新时，Frame Buffer 并不会发生变化，当Back buffer准备就绪后，它们才进行交换。

VSync

什么时候进行两个buffer的交换呢?

假如是 Back buffer准备完成一帧数据以后就进行，那么如果此时屏幕还没有完整显示上一帧内容的话，肯定是会出问题的。 看来只能是等到屏幕处理完一帧数据后，才可以执行这一操作了。

当扫描完一个屏幕后，设备需要重新回到第一行以进入下一次的循环，此时有一段时间空隙，称为VerticalBlanking Interval(VBI)。这个时间点就是我们进行缓冲区交换的最佳时间。因为此时屏幕没有在刷新，也就避免了交换过程中出现画面撕裂的状况。

VSync(垂直同步)是VerticalSynchronization的简写，它利用VBI时期出现的vertical sync pulse(垂直同步脉冲)来保证双缓冲在最佳时间点才进行交换。另外，交换是指各自的内存地址，可以认为该操作是瞬间完成。

所以说VSync这个概念并不是Google首创的，它在早年的PC机领域就已经出现了。

Android屏幕刷新机制

先总体概括一下，Android屏幕刷新使用的是“双缓存+VSync机制”，单纯的双缓冲模式容易造成jank（丢帧）现象，为了解决这个问题，Google在 Android4.1 提出了Project Butter(⻩油工程)，引入了 drawing with VSync 的概念。

jank（丢帧）

以时间的顺序来看下将会发生的过程:

1. Display显示第0帧数据，此时CPU和GPU渲染第1帧画面，且在Display显示下一帧前完成
2. 因为渲染及时，Display在第0帧显示完成后，也就是第1个VSync后，缓存进行交换，然后正常显示第1帧
3. 接着第2帧开始处理，是直到第2个VSync快来前才开始处理的。
4. 第2个VSync来时，由于第2帧数据还没有准备就绪，缓存没有交换，显示的还是第1帧。这种情况被Android开发组命名为“Jank”，即发生了丢帧。
5. 当第2帧数据准备完成后，它并不会⻢上被显示，而是要等待下一个VSync 进行缓存交换再显示。

所以总的来说，就是屏幕平白无故地多显示了一次第1帧。 原因是第2帧的CPU/GPU计算 没能在VSync信号到来前完成。

这里注意一下一个细节，jank（丢帧、掉帧），不是说这一帧丢弃了不显示，而是这一帧延迟显示了，因为缓存交换的时机只能等下一个VSync了。

黄油计划 —— drawing with VSync

为了优化显示性能，Google在Android 4.1系统中对Android Display系统进行了重构&#